تُعدّ الأصباغ الحمضية والأصباغ المباشرة والأصباغ التفاعلية جميعها أصباغًا قابلة للذوبان في الماء. بلغ إنتاجها في عام 2001 ما مقداره 30,000 طن، و20,000 طن، و45,000 طن على التوالي. مع ذلك، ولزمن طويل، أولت شركات الأصباغ في بلادي اهتمامًا أكبر لتطوير وبحث الأصباغ التركيبية الجديدة، بينما كان البحث في معالجة الأصباغ اللاحقة ضعيفًا نسبيًا. تشمل الكواشف القياسية الشائعة الاستخدام للأصباغ القابلة للذوبان في الماء كبريتات الصوديوم، والدكسترين، ومشتقات النشا، والسكروز، واليوريا، ونفثالين فورمالدهيد سلفونات، وغيرها. تُخلط هذه الكواشف القياسية مع الصبغة الأصلية بنسب محددة للحصول على القوة المطلوبة، لكنها لا تُلبي احتياجات عمليات الطباعة والصباغة المختلفة في صناعة الطباعة والصباغة. على الرغم من أن مخففات الصبغة المذكورة أعلاه منخفضة التكلفة نسبيًا، إلا أنها تعاني من ضعف قابلية التبلل والذوبان في الماء، مما يصعب تكييفها مع متطلبات السوق الدولية، ولا يمكن تصديرها إلا كصبغات أصلية. لذا، في تسويق الصبغات القابلة للذوبان في الماء، تُعدّ قابلية التبلل والذوبان في الماء من القضايا التي تتطلب حلًا عاجلًا، ويجب الاعتماد على الإضافات المناسبة.

معالجة قابلية ترطيب الصبغة
بشكل عام، يُعرَّف التبلل بأنه استبدال سائل (يُفترض أن يكون غازًا) على السطح بسائل آخر. تحديدًا، يجب أن يكون سطح التماس بين المسحوق أو الحبيبات سطحًا بين غاز وصلب، وتحدث عملية التبلل عندما يحل السائل (الماء) محل الغاز على سطح الجزيئات. يتضح أن التبلل عملية فيزيائية بين المواد على السطح. في المعالجة اللاحقة للأصباغ، غالبًا ما يلعب التبلل دورًا هامًا. عادةً ما تُعالَج الصبغة إلى حالة صلبة، مثل المسحوق أو الحبيبات، والتي تحتاج إلى التبلل أثناء الاستخدام. لذلك، تؤثر قابلية الصبغة للتبلل بشكل مباشر على فعالية التطبيق. على سبيل المثال، أثناء عملية الذوبان، يصعب تبليل الصبغة، ويُعدّ طفوها على الماء أمرًا غير مرغوب فيه. مع التحسين المستمر لمتطلبات جودة الأصباغ اليوم، أصبح أداء التبلل أحد مؤشرات قياس جودة الأصباغ. تبلغ طاقة سطح الماء 72.75 ملي نيوتن/متر عند 20 درجة مئوية، وهي تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة، بينما تبقى طاقة سطح المواد الصلبة ثابتة تقريبًا، وعادةً ما تكون أقل من 100 ملي نيوتن/متر. عادةً ما تكون المعادن وأكاسيدها والأملاح غير العضوية، وما إلى ذلك، سهلة التبلل، وتُسمى ذات طاقة سطح عالية. أما طاقة سطح المواد العضوية الصلبة والبوليمرات فهي مماثلة لطاقة سطح السوائل العامة، وتُسمى ذات طاقة سطح منخفضة، ولكنها تتغير بتغير حجم جسيمات المادة الصلبة ودرجة مساميتها. فكلما صغر حجم الجسيمات، زادت درجة تكوّن المسام، وارتفعت طاقة السطح، ويعتمد الحجم على الركيزة. لذلك، يجب أن يكون حجم جسيمات الصبغة صغيرًا. بعد معالجة الصبغة بالطرق التجارية، مثل التمليح والطحن في وسائط مختلفة، يصبح حجم جسيمات الصبغة أدق، وتقل بلوريتها، ويتغير طورها البلوري، مما يُحسّن طاقة سطح الصبغة ويُسهّل التبلل.

معالجة قابلية ذوبان الأصباغ الحمضية
مع استخدام نسب الحمام الصغيرة وتقنية الصباغة المستمرة، تحسّن مستوى الأتمتة في الطباعة والصباغة بشكل متواصل. وقد استلزم ظهور الحشوات والمعاجين الآلية، واستخدام الأصباغ السائلة، تحضير محاليل صبغ ومعاجين طباعة عالية التركيز والثبات. ومع ذلك، فإن ذوبانية الأصباغ الحمضية والتفاعلية والمباشرة في منتجات الصباغة المحلية لا تتجاوز 100 غ/لتر، وخاصة الأصباغ الحمضية. بل إن بعض الأنواع لا تتجاوز ذوبانيتها 20 غ/لتر. وترتبط ذوبانية الصبغة ببنيتها الجزيئية؛ فكلما زاد الوزن الجزيئي وقلّت مجموعات حمض السلفونيك، انخفضت الذوبانية، والعكس صحيح. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ المعالجة التجارية للأصباغ بالغة الأهمية، بما في ذلك طريقة تبلور الصبغة، ودرجة الطحن، وحجم الجسيمات، وإضافة المواد المضافة، وغيرها، والتي تؤثر جميعها على ذوبانية الصبغة. وكلما كانت الصبغة أسهل تأينًا، زادت ذوبانيتها في الماء. مع ذلك، يعتمد تسويق وتوحيد الأصباغ التقليدية على كميات كبيرة من الإلكتروليتات، مثل كبريتات الصوديوم والملح. يؤدي وجود كميات كبيرة من أيونات الصوديوم (Na+) في الماء إلى تقليل ذوبان الصبغة فيه. لذا، ولتحسين ذوبان الأصباغ القابلة للذوبان في الماء، يُنصح أولًا بعدم إضافة الإلكتروليتات إلى الأصباغ التجارية.

الإضافات والذوبان
⑴ مركب كحولي ومذيب مساعد من اليوريا
نظرًا لاحتواء الأصباغ القابلة للذوبان في الماء على عدد من مجموعات حمض السلفونيك وحمض الكربوكسيل، تتفكك جزيئات الصبغة بسهولة في المحلول المائي وتحمل شحنة سالبة. عند إضافة مذيب مساعد يحتوي على مجموعة قادرة على تكوين روابط هيدروجينية، تتشكل طبقة واقية من الأيونات المائية على سطح أيونات الصبغة، مما يعزز تأين جزيئات الصبغة وذوبانها، وبالتالي تحسين ذوبانها. تُستخدم البوليولات، مثل ثنائي إيثيلين جليكول إيثر، وثيودي إيثانول، وبولي إيثيلين جليكول، كمذيبات مساعدة للأصباغ القابلة للذوبان في الماء. ولأنها قادرة على تكوين روابط هيدروجينية مع الصبغة، فإن سطح أيونات الصبغة يُشكل طبقة واقية من الأيونات المائية، مما يمنع تكتل جزيئات الصبغة وتفاعلها الجزيئي، ويعزز تأينها وتفككها.
⑵ مواد خافضة للتوتر السطحي غير أيونية
إضافة مُستحلب غير أيوني مُعين إلى الصبغة يُضعف قوة الترابط بين جزيئات الصبغة، ويُسرّع التأين، ويُحفز جزيئات الصبغة على تكوين ميسيلات في الماء، مما يُحسّن قابليتها للتشتت. تُشكل الأصباغ القطبية ميسيلات. تُشكل جزيئات المُذيب شبكة توافق بين الجزيئات لتحسين الذوبان، مثل إيثر أو إستر بولي أوكسي إيثيلين. مع ذلك، إذا افتقر جزيء المُذيب المُساعد إلى مجموعة كارهة للماء قوية، فسيكون تأثير التشتيت والذوبان على الميسيلات المُشكلة من الصبغة ضعيفًا، ولن تزداد الذوبانية بشكل ملحوظ. لذا، يُنصح باختيار مُذيبات تحتوي على حلقات عطرية قادرة على تكوين روابط كارهة للماء مع الأصباغ. على سبيل المثال، مُستحلبات بولي أوكسي إيثيلين إيثر ألكيل فينول، وإستر سوربيتان بولي أوكسي إيثيلين، وغيرها مثل بولي ألكيل فينيل فينول بولي أوكسي إيثيلين إيثر.
⑶ مُشتِّت الليغنوسلفونات
يؤثر المشتت بشكل كبير على ذوبانية الصبغة. ويُسهم اختيار المشتت المناسب وفقًا لتركيب الصبغة في تحسين ذوبانيتها بشكل ملحوظ. في الصبغات القابلة للذوبان في الماء، يلعب المشتت دورًا هامًا في منع التجاذب المتبادل (قوى فان دير فالس) وتكتل جزيئات الصبغة. يُعدّ الليغنوسلفونات المشتت الأكثر فعالية، وتُجرى أبحاثٌ في هذا المجال في الصين.
لا تحتوي البنية الجزيئية للأصباغ المشتتة على مجموعات محبة للماء قوية، بل على مجموعات قطبية ضعيفة فقط، لذا فهي ذات محبة للماء ضعيفة، وذوبانها الفعلي ضئيل للغاية. معظم الأصباغ المشتتة لا تذوب في الماء إلا عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، بتركيز يتراوح بين 1 و10 ملغم/لتر.
ترتبط قابلية ذوبان الأصباغ المشتتة بالعوامل التالية:
التركيب الجزيئي
تزداد قابلية ذوبان الأصباغ المشتتة في الماء كلما قل الجزء الكاره للماء من جزيء الصبغة وزاد الجزء المحب للماء (أي كمية ونوعية المجموعات القطبية). بمعنى آخر، تكون قابلية ذوبان الأصباغ ذات الكتلة الجزيئية النسبية المنخفضة نسبيًا والمجموعات القطبية الضعيفة، مثل -OH و-NH2، أعلى. أما الأصباغ ذات الكتلة الجزيئية النسبية الأكبر والمجموعات القطبية الضعيفة الأقل، فتكون قابليتها للذوبان منخفضة نسبيًا. على سبيل المثال، صبغة Disperse Red (I)، بكتلة جزيئية 321، تقل قابليتها للذوبان عن 0.1 ملغم/لتر عند 25 درجة مئوية، وتبلغ 1.2 ملغم/لتر عند 80 درجة مئوية. أما صبغة Disperse Red (II)، بكتلة جزيئية 352، فتكون قابليتها للذوبان 7.1 ملغم/لتر عند 25 درجة مئوية، و240 ملغم/لتر عند 80 درجة مئوية.
المشتت
في الأصباغ المشتتة المسحوقة، يكون محتوى الأصباغ النقية بشكل عام من 40٪ إلى 60٪، والباقي عبارة عن مواد مشتتة، ومواد مقاومة للغبار، ومواد واقية، وكبريتات الصوديوم، وما إلى ذلك. ومن بينها، تشكل المواد المشتتة نسبة أكبر.
يمكن للمشتت (عامل الانتشار) أن يغلف حبيبات الصبغة البلورية الدقيقة بجزيئات غروانية محبة للماء، مما يؤدي إلى تشتيتها بثبات في الماء. بعد تجاوز تركيز المذيلات الحرج، تتشكل المذيلات أيضًا، مما يقلل من حجم حبيبات الصبغة البلورية الدقيقة. عند ذوبان الصبغة في المذيلات، تحدث ظاهرة تُعرف باسم "الذوبان"، مما يزيد من ذوبانها. علاوة على ذلك، كلما كانت جودة المشتت أفضل وتركيزه أعلى، زاد تأثير الذوبان.
تجدر الإشارة إلى أن تأثير المُشتِّت على إذابة الأصباغ المُشتَّتة ذات البنى المختلفة يتباين بشكلٍ كبير؛ إذ يقلّ تأثير المُشتِّت على إذابة هذه الأصباغ مع ارتفاع درجة حرارة الماء، وهو ما يُطابق تمامًا تأثير درجة حرارة الماء على الأصباغ المُشتَّتة نفسها. ويكون تأثير درجة الحرارة على الذوبانية مُعاكسًا.
بعد أن تتحد جزيئات البلورات الكارهة للماء لصبغة التشتيت مع المُشتِّت لتُشكِّل جزيئات غروانية محبة للماء، يتحسَّن استقرار تشتتها بشكل ملحوظ. علاوة على ذلك، تؤدي هذه الجزيئات الغروانية الصبغية دور "تزويد" الألياف بالصبغة أثناء عملية الصباغة. فبعد امتصاص جزيئات الصبغة المذابة بواسطة الألياف، تُحرَّر الصبغة "المخزَّنة" في الجزيئات الغروانية في الوقت المناسب للحفاظ على توازن ذوبان الصبغة.
حالة الصبغة المشتتة في التشتت
جزيء المشتت 1
2- بلورات الصبغة (الذوبان)
3-مذيلات المشتتة
جزيء واحد من الصبغة الرباعية (مذاب)
حبوب مصبوغة بخمسة ألوان
6- قاعدة محبة للدهون مشتتة
7-قاعدة محبة للماء مشتتة
8- أيون الصوديوم (Na+)
9- تجمعات من بلورات الصبغة
لكن إذا كان التماسك بين الصبغة والمشتت قويًا جدًا، فإن كمية الصبغة المتاحة ستتأخر، أو قد يحدث ما يُعرف بظاهرة "تجاوز العرض للطلب". وبالتالي، سيؤدي ذلك مباشرةً إلى انخفاض معدل الصباغة وتوازن نسبتها، مما ينتج عنه صباغة بطيئة ولون باهت.
يتضح أنه عند اختيار واستخدام المشتتات، لا ينبغي مراعاة استقرار تشتت الصبغة فحسب، بل يجب مراعاة تأثيرها على لون الصبغة أيضًا.
(3) درجة حرارة محلول الصباغة
تزداد قابلية ذوبان الأصباغ المشتتة في الماء مع ارتفاع درجة حرارته. فعلى سبيل المثال، تبلغ قابلية ذوبان الصبغة الصفراء المشتتة في الماء عند درجة حرارة 80 درجة مئوية 18 ضعفًا مقارنةً بدرجة حرارة 25 درجة مئوية. وتبلغ قابلية ذوبان الصبغة الحمراء المشتتة في الماء عند درجة حرارة 80 درجة مئوية 33 ضعفًا مقارنةً بدرجة حرارة 25 درجة مئوية. أما قابلية ذوبان الصبغة الزرقاء المشتتة في الماء عند درجة حرارة 80 درجة مئوية فتبلغ 37 ضعفًا مقارنةً بدرجة حرارة 25 درجة مئوية. وإذا تجاوزت درجة حرارة الماء 100 درجة مئوية، فإن قابلية ذوبان الأصباغ المشتتة ستزداد بشكل أكبر.
إليكم تذكيرًا هامًا: خاصية ذوبان الأصباغ المشتتة هذه قد تُسبب مخاطر خفية في التطبيقات العملية. على سبيل المثال، عند تسخين محلول الصبغة بشكل غير متساوٍ، يتدفق المحلول ذو درجة الحرارة العالية إلى المناطق ذات درجة الحرارة المنخفضة. ومع انخفاض درجة حرارة الماء، يصبح محلول الصبغة فوق مشبع، فتترسب الصبغة المذابة، مما يؤدي إلى نمو بلورات الصبغة وانخفاض ذوبانها، وبالتالي انخفاض امتصاصها.
(أربعة) شكل بلوري للصبغة
تُظهر بعض الأصباغ المشتتة ظاهرة "التماثل البلوري". أي أن الصبغة المشتتة نفسها، نتيجة لاختلاف تقنية التشتيت في عملية التصنيع، تُشكّل أشكالًا بلورية متعددة، مثل الإبر والقضبان والرقائق والحبيبات والكتل. وفي عملية التطبيق، وخاصة عند الصباغة عند درجة حرارة 130 درجة مئوية، يتحول الشكل البلوري الأقل استقرارًا إلى الشكل البلوري الأكثر استقرارًا.
تجدر الإشارة إلى أن الشكل البلوري الأكثر استقرارًا يتمتع بذوبانية أكبر، بينما يتمتع الشكل البلوري الأقل استقرارًا بذوبانية أقل نسبيًا. وهذا يؤثر بشكل مباشر على معدل امتصاص الصبغة ونسبتها المئوية.
(5) حجم الجسيمات
بشكل عام، تتميز الأصباغ ذات الجسيمات الصغيرة بذوبان عالٍ واستقرار تشتت جيد. أما الأصباغ ذات الجسيمات الكبيرة فتتميز بذوبان أقل واستقرار تشتت ضعيف نسبياً.
في الوقت الحالي، يبلغ حجم جسيمات الأصباغ المشتتة المحلية بشكل عام 0.5 إلى 2.0 ميكرومتر (ملاحظة: يتطلب حجم جسيمات الصباغة بالغمس 0.5 إلى 1.0 ميكرومتر).